吉首至茶洞公路矮寨特大桥施工阶段结构行为研究

ＬＯ１　ＣＡＲＢ０Ⅳ　ＯＲＬＤ　２０１５／４　交通环保　吉首至茶洞公路矮寨特大桥施工阶段结构行为研究　司　瑛（太原市建设工程预结算审核中心，山西太原０３００００）　【摘　要】随着近二十年来我国交通事业的发展，悬索桥得到了更加广泛的应用。为了保证桥梁在旌工过程中的安全性，有必要对施工过程中　的结构行为进行监控。本文结合吉首至茶洞公路矮寨特大桥的建造，对主桥上部结构施工过程中的线形状态进行监督控制。　【关键词】矮寨特大桥；施工；监控　【中图分类号】ｕ４４８．２５　【文献标识码】Ａ　【文章编号】２０９５—２０６６（２０１５）１　１－０２８３—０２　引言　随着我国高速公路建设的蓬勃发展，桥梁建设进入了前　所未有的高潮时期；同时，大跨径桥梁的结构可靠性也成为当　今社会普遍关注的问题。为保证桥梁结构运营的安全性、可靠　性、耐久性和行车舒适性等，研究大跨径桥梁施工阶段的结构　行为．已成为桥梁建设不可缺少的重要内容。　塔梁分离式悬索桥具有常规悬索桥线形美观，跨越能力　大的优点．同时桥塔与加劲梁完全分离，避免山体的巨量开　挖．达到桥粱与环境相融合并保护自然的效果。为跨山区深切　峡谷地质环境提供了一种全新的富有竞争力的悬索桥设计方　案　本文就从结构的强度、变形及疲劳的角度，综合考虑悬索　桥各关键部位的响应情况进行分析，得到极限无索区长度，并　提出改善无索区受力的设计方案。　１吉首至茶洞公路矮寨特大桥主桥概况　吉茶高速公路是湖南省的一条重要旅游通道，由于项目　所在区域独特的自然地理条件和丰富的社会文化背景，２００４　年４月交通部将其纳入全国首批公路勘察设计典型示范工程　项目。　吉首至茶洞公路矮寨特大桥为吉茶高速公路的控制性工　程．桥位距吉首市区约２０ｋｍ，于Ｋ１４＋５７６．３０处跨越矮寨镇　（Ｇ２０９　２３０３ｋｍ处）附近的山谷，德夯河流经谷底（德夯河在桥　位下游８００ｍ；ｒ入峒河），谷底标高约２４０ｍ，桥面设计标高与　地面高差达３３０ｍ左右。山谷两侧悬崖距离从９００～１３００ｍ之　间变化　吉首岸山崖位于矮寨镇背后，只有崎岖小路绕行约　５ｋｍ至桥位处距山顶１００ｍ的位置；茶洞岸山崖位于矮寨镇对　面．有Ｇ２０９上中国著名的公路景观——矮寨盘山公路，可沿　Ｇ２０９矮寨盘山公路行驶６ｋｉｎ上至标高６１０ｍ　主线全线采用双向四车道高速公路标准：设计车速为　８０ｋｍ／ｈ．路基宽度２４．５ｍ。采用塔梁分离式悬索桥方案，本标　段桩号为Ｋ１４＋０００．００～ＺＫ１５＋０７３．６５（ＹＫ１５＋０７２．５３），全长约　１０７３．６５ｍ．悬索桥的主跨ｌ１７６ｍ。湘西矮寨大桥总体布置如图１　所示　图１湘西矮寨大桥塔粱分离式悬索桥方案桥型总体布置图　２结构分析计算　２．１结构概况　所谓悬索桥，是由索塔、主缆、加劲梁等构件组成的高次　超静定结构．是非线性行为较突出的桥型之一。其主缆的架设　是重要的环节之一．一般来说．主缆架设完成的同时，其内力　和线形也随之确定．且完全取决于结构体系本身及施工荷载　和温度的变化．后期难以进行调整。因此，悬索桥线形控制的　关键在于施工前和施工过程中的控制，即合理确定成桥阶段　的内力状态与结构线形，通过模拟计算得到各构件在无应力　状态下尺寸和悬索桥不同施工状态下所对应的线形、内力数　据．通过对生产下料和施工过程的严格控制，才能使架设的主　缆线形与设计要求相符。为确保悬索桥成桥恒载状态尽可能　地符合设计理想状态。并保证施工中结构的安全，需要对施工　过程进行控制分析．以确定每个施工阶段的结构内力和线形。　因此．对悬索桥进行施工阶段控制计算分析是十分必要的，也　是成桥状态分析的基础。　吉首至茶洞公路矮寨特大桥采用主跨ｌ１７６ｍ的悬索桥方　案．矢跨比１／９．６。主缆的孔跨布置为：２４２ｍ＋１１７６ｍ＋１１６ｍ，钢　桁加劲粱跨径为１０００．５ｍ，主索中心距为２７ｍ，吊索标准间距　为１４．５ｍ　钢桁加劲粱桥台处设竖向支座、横向抗风支座。　２．２计算参数取值　在主桥结构分析中考虑了主缆无应力、空缆线型和主索　鞍预偏量、索夹安装位置、吊索下料长度、缆索系统以及钢桁　加劲梁、锚碇施工．这些施工过程所需采用的参数值均采用设　计或规范值　２．２．１安全系数　（１）在主要荷载（恒载＋汽车＋温度）作用下，主缆安全系　数≥２．５。　（２）在主要荷载（恒载＋汽车＋温度）作用下，吊索安全系　数≥４．ｏ；施工阶段吊索安全系数≥２．５；更换吊索时，在限制车　辆通行情况下，相邻吊索的安全系数≥２．５。　（３）在主要荷栽（恒栽＋汽车＋温度）作用下，当螺杆拉力损　失至安装拉力的７０％时．吊索索夹的抗滑安全系数≥３．０。　（４）索夹壁厚设计安全系数≥３．０。　（５）索夹螺杆的设计安全系数≥２．ｏ；在初始张拉力作用　下．安全系数≥１．４　２．２＿２主要参数及要求　（１）主缆空隙率：索夹内取１７％，索夹外取１９％。　（２）主缆索股测长精度要求：基准丝１／１５０００，标记点间距　离１／１５０００。成品索股１／１２０００。　（３）吊索测长精度要求：标记点间距离需满足ＪＴ厂ｒ４４９—　２００１中第６．２．５条规定，销铰中心与最近标记点间距离允许　误差为＋３ｍｍ。　３施工过程中应力监控与分析　施工监测的目的一方面是验证理论数据．为下一阶段施　工提供指导：另一方面也起到预警作用，消除结构安全隐患。　一般要求进行塔、梁变形监测、拉索索力监测、塔梁应力监测、　温度场监测。由于悬索桥施工有很多不确定因素，除了上述监　测外．还须进行浇筑混凝土方量监测、支架变形监测、桥面堆　载监测和预应力张拉监测等　虽然监测内容很多，但每项内容　对悬索桥控制的影响程度是不同的，具体实施时须把握重点。　下面仅对主塔、主缆、和主梁相关监控关键技术进行技术研究：　交通环保　ＬＯＷ　ＣＡＲＢｏＮ　ＷｏＲＬＤ　２０１５　３．１主塔、主缆线形监测　主塔施工时，需要控制主塔轴线（倾斜度）；主缆施工时，　需要控制主缆线形与张拉力：体系转换时。需要控制主缆线形　与张拉力　具体做法如下：　３．４．１桥面板施工标高监测　桥面板施工过程中，每个节段测量４个工况，分别如下：　①支架定位；②安装桥面板；（　张拉横梁预应力束；（　张拉吊　索。①～③工况测量的为相对应的主梁断面，（　工况为所有测　量断面．总计３９个。　３．４．２定期标高监测　（１）主塔偏位测试采用全站仪法．在每个塔顶各设置２只　固定棱镜，主粱安放２只活动棱镜，全桥配置８只棱镜。　（２）仪器采用徕卡ＴＣＡ２００３或拓扑康ＧＴＰ一７００１全站仪　（３）根据规范要求，索塔倾斜度应控制在Ｈ／３０００以内．且　不大于３０ｍｍ。　栏杆安装前、沥青层铺装前。测量全桥标高及墩顶沉降　３．４．３特殊情况主梁标高监测　（４）由于温度和桥面外荷载作用下会发生偏位．施工过程　由于口照对塔的偏位和主缆、主梁标高影响较大．有时为　了不影响工期，施工单位可能会在日照较大情况下进行施工．　中也须测量塔的偏位，同时测量主梁标高作为比较　（５）悬索桥主塔在施工时须进行轴线控制．每个节段主塔　浇筑前．须采用全站仪定位　３．２主缆索力、吊索索力监测　主梁施工时，需要控制吊索张拉力；全桥成桥后．需要对　全桥吊索力进行调整。具体做法，可以采用环境随机振动法和　千斤项读数相结合的方式．对主缆和吊索索力进行测试　以主　索鞍及散索鞍主要加工件精度要求为例，见表１、表２。　表１主索鞍主要加工件精度要求　项次　检查项目　规定值或允许偏差　ｌ　主要平面的平面度　Ｏ．０８ｍｒｒｄｍ．且０．５ｍｍ／全平面　２　鞍座下平面对中　索槽竖直平面的垂直度偏差　≤２ｍｍ／４￣长　３　上、下承板平面的平行度　０．５ｒｒｕ＇ｎ／全平面　４　对合竖直平面与鞍体下平面的垂直度偏差　＜３ｍｍ／全长　５　鞍座底面对中心索槽底的高度偏差（ｍｍ）　±２　６　鞍槽轮廊的圆弧半径偏差（ｍｍ／ｍ）　±２　７　各槽宽度、深度偏差（ｍｍ）　＋１／全长及累积误差＋２　８　各槽对中ｌ心索槽的对称度（ｍｍ）　０．５　９　各槽曲线立面角度偏差（。）　≤±Ｏ．２　注：项次１主要平面包括：主索鞍的下平面、对合的竖直平面；上、下支承板的上下平面：中　心索槽的竖直（基准）平面。　表２散索鞍主要加工件精度要求　项次　检查项目　规定值或允许偏差　１　平面度　０．０８ｍｍ／ｍ及０．５ｒａｍ／全平面　２　支承板平行度（ｍｍ）　＜０．５　３　摆轴中ｌ心线与索槽中０平面的垂直度偏差　（ｍｍ）　＜３　４　摆轴接合面到索槽底面的高度偏差（ｍｍ）　士２　５　鞍槽轮廓的圆弧半径偏差（ｍｍ／ｍ）　±２　６　各槽宽度、深度偏差（ｍｍ）　＋１／全长及累积误差＋２　７　各槽对中。索槽的对称度（ｍｍ）　０．５　８　各槽曲线平面、立面角度偏差（ｏ）　Ｏ．２　９　加工后鞍槽底部及侧壁厚度偏差（ｍｍ）　±ｌ０　注：项次ｌ主要平面包括：散索鞍的摆轴平面，底座下平面，中心索槽的竖直平面　在拉索上绑扎加速度传感器，记录拉索的振动信号，通过　线缆传输到信号分析仪，进行频谱分析．得出拉索的若干振动　频率．然后通过对拉索的动力计算，得出拉索的索力。由于本　桥采用直径为５ｍｍ高强度镀锌铜丝．振动法测量吊索采用刚　度修正法．测量精度可达３％以内。　３．３主塔沉降、主梁挠度监测　沉降观测采用光学水准仪，按三等水准测量标准进行主　梁标高测试：为了方便测试，短期主塔沉降测点可设在塔墩交　接处。主粱挠度测点设在每节段主梁的上下游侧。可以同时监　测主梁的扭转变形。　根据规范要求．己浇梁段成桥后主梁高程误差不大于ＩＪ／　５０００．即２４ｍｍ　在上下游布置标高测点．可以测量箱梁的扭　转．为了测量顶板和翼板的标高．增设了翼板２个测点　３．４监测工况及工作量　这时必须将日照影响消除，因此施工过程必须将日照对主塔、　主梁的位移影响进行研究。体系转换后，进行２次２４ｈ（每隔　４ｈ一次）的主粱标高监测。　３．５主塔、主梁应变监测　结构应变测试的目的是测量结构的内力变化。将应变计　埋在混凝土中或粘贴在结构表面．测量结构的应变变化．从而　推算结构应力变化。　由于考虑到结构施工过程中的长期稳定性拟采用弦式应　变测试法。根据本桥梁的受力特点，应变测试断面主要布置在　墩身、主塔、主梁支座根部、主梁４分点处及跨中断面。全桥布　置巧个测试断面．每个断面同时布置４～８个测点．加上根据具　体情况采用的备用测点．全桥约１００个应变测点。　其测试工况及工作量：　３．５．１主塔应变监测　每座主墩、塔埋设５个断面，测点数为２５点．主塔施工时　进行６次测试．吊索施工过程中每次张拉均进行测试。　３．５．２主粱应变监测　由于本大桥工程主梁结构复杂．本项目除了进行８个断　面的箱梁整体应变监测外．还选择３个断面进行局部应变监　测。每个整体结构应变监测断面布置７只弦式应变计．每个局　部应变监测断面布置１Ｏ只弦式应变计．共计７５只弦式应变　计。施工过程每次张拉预应力和张拉吊索均进行应变测试，平　均每次测量３０只应变计。　４结语　塔粱分离式悬索桥创造性的将桥塔与加劲梁完全分离．　避免桥塔两侧山体的巨量开挖．达到保护自然同时与环境相　融合的效果　为跨山区深切峡谷地质环境提供了一种全新的　富有竞争力的结构体系。通过数据采集和计算处理，实现了湘　西矮寨大桥主桥施工期间的全过程监控。实时监控大桥施工　可以保证工程得到良好控制。以及保障施工过程中的结构安　全．对于大跨度桥梁进行施工期间的全过程监控是十分必要　的和不可缺少的　参考文献　［１］胡建华，崔剑峰．湘西矮寨大桥设计创新技术［Ｊ］．桥梁建设，２０１１　（６）：５４￣６１．　［２］贺淑龙，胡柏学，曾威，等．矮寨特大桥结构健康监测系统［Ｊ］＿中外公　路，２０１１，３１（６）：１０￣１３．　［３］程丽娟，刘榕，李瑜．矮寨大桥缆索系统总体布置及结构设计ｆＪ］．世　界桥梁．２０１１（３）：１３～１６．　收稿Ｉ：１期：２０１５—２—１１　作者简介：阁瑛（１９６４一），高级工程师，本科，主要从事施工管　理和造价管理方面的工作。